LAPORAN PRAKTIKUM ELEKTRONIKA UNIT : V OSILATOR GESER FASE

Nama No. Mhs Kel. /Hari Tanggal

: Hamdan Prakoso : 39251 : II/Jumat : 8 November 2013

LABORATORIUM ELEKTRONIKA DASAR JURUSAN TEKNIK ELEKTRO DAN TEKNOLOGI INFORMASI FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS GADJAH MADA YOGYAKARTA 2013

A. PENDAHULUAN Osilator adalah suatu alat yang merupakan gabungan elemen-elemen aktif dan pasif untuk menghasilkan bentuk gelombang sinusoidal atau bentuk gelombang periodik lainnya. Suatu osilator memberikan tegangan keluaran dari suatu bentuk gelombang yang diketahui tanpa penggunaan sinyal masuk dari luar. Osilator mengubah daya arus searah (DC) dari catu daya ke daya arus bolak-balik (AC) dalam beban. Dengan demikian fungsi osilator berlawanan dengan penyearah yang mengubah daya searah ke daya bolak-balik. Secara garis besar, cara kerja rangkaian ini adalah sebagai berikut. Setiap saat, pasti ada noise pada rangkaian. Noise ini bentuknya bermacam-macam dan tidak beraturan. Walaupun bentuk gelombanganya tidak beraturan, sebenarnya gelombang tersebut merupakan

penjumlahan dari banyak sekali gelombang dan semua gelombang tersebut merupakan gelombang sinusoidal dengan frekuensi yang bermacam-macam pula. Dari bermacam-macam gelombang itu, lalu hanya satu gelombang dengan frekuensi yang kita inginkan saja yang nantinya akan digunakan. Gelombang noise biasanya amplitudonya sangat kecil. Oleh karena itu, selanjutnya gelombang tersebut diperkuat secara terus menerus (menggunakan Feedback Amplifier) sehingga amplitudo gelombang yang dikeluarkan menjadi besar. Tetapi, penguatan ini ada batasnya. Penguatan akan berhenti saat transistor telah mencapai keadaan saturasi. Osilator ini dapat digunakan sebagai frekuensi referensi untuk menghitung frekuensi suatu gelombang lain. Caranya adalah dengan melihat pola Lissajous yang dihasilkan (seperti pada bagian B percobaan berikut). Dua gelombang sinusoidal dengan frekuensi masing-masing akan

menghasilkan pola-pola yang khas tergantung pada perbandingan frekuensi kedua gelombang tersebut. Dengan melihat pola yang dihasilkan dan dengan mengetahui frekuensi osilator, maka kita dapat menentukan frekuensi gelombang lain tersebut. Berdasarkan mode pengoperasiannya osilator sendiri dibagi menjadi dua yaitu: 1. Feedback oscillator a. Osilator LC b. Osilator Armstrong c. Osilator Colpitt d. Osilator Pierce e. Osilator Kristal f. Osilator Hartley

2. Relaxation oscillator Osilator relaksasi merespon piranti elektronik dimana akan bekerja pada selang waktu tertentu kemudian mati untuk periode waktu tertentu. Kondisi pengoperasian ini berulang secara mandiri dan kontinu. Osilator ini biasanya merespon proses pemuatan dan pengosongan jaringan RC atau RL. Pengukuran beda fase antara dua buah gelombang dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu:

a. Osiloskop Dual Trace Yaitu dengan mengukur delta waktu dari gelombang dan perbandingannya terhadap periodenya, =(t/T)x360.

b. Dengan Metoda Lissajous Dengan menggunakan osiloskop, maka fase dapat diukur sebagai berikut,

B. ALAT DAN BAHAN a. Alat 1. Multimeter digital atau analog 2. Osiloskop digital atau analog 3. AFG 4. Jepit buaya 5. Probe 6. Penyedia daya ( papan PS445) 7. Papan Breadboard b. Bahan 1. Rangkaian , dengan komponen sbb : i. Resistor 1) R1 = 82 K 2) R2 = 15 K 3) RC = 3300 4) RE = 220 5) R = 1 K 6) R = 1 K ii. Kapasitor 1) C1 = 50 nF 2) C2 = 50 nF 3) C3 = 50 nF 4) CE = 47 F/25V iii. Transistor 1) Transistro Fcs 9013 iv. Kabel Jumper

C. GAMBAR RANGKAIAN DAN ANALISA 1. Rangkaian Osilator Geser Fase

Rangkaian yang dibuat pada breadboard adalah rangkaian osilator geser fase dengan rangkaian penguat common emitter atau Voltage-Divider Bias. Transistor yang dipakai dalam voltage-divider bias diatas adalah transistor Fcs 9013 dengan Hfe 211 kali. Pada transistor Fcs 9013 emitor diberi tegangan lebih rendah daripada kolektor. Karena penguat yang digunakan (common emitter) menghasilkan perputaran fase 180, maka rangkaian pengumpan baliknya (RC), harus juga memutar sebesar itu. Yaitu dibuat dengan memasang dua buah pasangan R dan C (1K dan 50 nF). Terlihat, untuk rangkaian penguatnya, emitornya di-groundkan. Inputnya berasal dari masukan di basis dan outputnya ada pada kaki kolektor. Secara umum lebih sering digunakan daripada amplifier BJT lain karena sifatnya lebih mendekati sifat amplifier ideal. Terdapat R1 82K dan R2 15K sebagai Rinput, RC (resistor pada kolektor) 3300 , dan RE (resistor pada emitor) 220 yang terhubung dengan ground. Terdapat Bypass capasitor pada kaki emitor, yaitu kapasitor yang digunakan untuk menghubung-singkatkan nilai AC ke ground. Karena ditempatkan pada kaki emitor, maka bypass berfungsi untuk

menghubungsingkatkan sinyal AC emitor ke ground. Kapasitor tersebut dihubungkan secara paralel dengan resistor yang ada pada emitor agar resistor emitor tidak mempengaruhi operasi AC dari rangkaian. Sinyal yang ada pada kaki emitor nantinya adalah sinyal DC murni, berbentuk garis lurus bila dilihat pada osiloskop.

2. Pengujian Tegangan DC dan Bentuk Gelombang Osilator Geser Fase

Rangkaian osilator geser fase yang digunakan pada praktikum ini adalah gabungan dari rangkaian voltage divider bias yang dihubungkan dengan 3 buah kapasitor dan

diumpanbalikkan (feedback) ke basis transistor. Dalam analisis DC, kapasitor pada rangkaian akan berperan sebagai blocking arus DC. Hal ini dapat dijelaskan dari reaktansi kapasitif yang didapat dari rumus :

Sinyal DC memiliki frekuensi sebesar 0, bila kita masukkan pada persamaan, kapasitor akan memiliki reaktansi yang sangat besar (tak terhingga). Sinyal DC tidak bisa melewatinya. Pengukuran tegangan bagian pertama dilakukan dengan multimeter digital, dipasang ke mode Voltmeter. Vcc adalah tegangan sumber, yaitu tegangan yang berasal dari penyedia daya. VDC+ dihubungkan ke port positif penyedia daya dan VDC- dihubungkan ke ground. Vcc diatur untuk tegangan yang menghasilkan gambar sinusoidal yang bagus pada layar osiloskop. Vcc akan mensuplai tegangan untuk kolektor. Vc adalah tegangan yang melewati kolektor sampai ke ground, tidak melalui Rc. Sedang Vce adalah selisih tegangan yang terukur Vc dan Ve. V1 adalah tegangan yang melalui R1 dan V2 adalah tegangan yang melalui R2. Pengukuran tegangan bagian kedua dilakukan dengan osiloskop. Untuk mengukur Vout1, Vout2, Vout3, dan Vout4, kita hubungkan probe positif osiloskop (CRO) ke titik output yang akan diukur (Vout1 sambungan antara kaki kolektor dengan kapasitor C1 , Vout2

sambungan antara kaki kapasitor C1, C2 dengan resistor R, Vout3 sambungan antara kapasitor C2, C3 dengan resistor R , dan Vout4 sambungan kaki basis pada transistor dengan kapasitor C3)dan probe negatif osiloskop ke ground. Akan didapat nilai Voutput maksimum (peak to Peak.

3. Pengujian Lissajous Osilator Geser Fase

Bila kita melakukan analisa AC dari rangkaian osilator yang digunakan pada praktikum kali ini (menggunakan transistor BJT) menggunakan rangkaian pengganti dengan menggunakan parameter y untuk transistor dari teori dua gerbang (gerbang dua penguat dan gerbang dua pengumpan balik), dapat dihitung frekuensi yang dihasilkan oleh osilator Bila kita hubungkan pembangkit frekuensi AFG ke channel 2 osiloskop (dengan frekuensi bangkitan osilator pada channel 1 osiloskop) lalu kita ubah mode osiloskop menjadi both channel dan X-Y, muncul pola-pola gelombang yang berbentuk seperti gelombang melingkar-lingkar. Pola-pola tertentu akan muncul untuk perbandingan frekuensi tertentu. Kita ubah-ubah frekuensi dari AFG agar nilai frekuensinya merupakan perbandingan bulat tertentu dengan frrekuensi bangkitan osilator. 4. Pengujian Beda Fase Osilator Geser Fase

Bila kita hubungkan salah satu Vout ke channel 2 osiloskop (dengan Vout 1pada channel 1 osiloskop dan kedua kabel ground pada V DC -) lalu kita ubah mode osiloskop menjadi both

channel/ dual dan X-Y, muncul pola bentukan elips. Elips yang kedua akan berubah bentuk dan sudut posisinya terhadap elips yang pertama. Bentuk dan sudut tertentu akan muncul untuk pergeran fase tertentu. Dari gambar yang muncul pada tampilan osiloskop, dapat diukur Yo (nilai pada sumbu y dimana gambar yang dihasilkan memotong sumbu y) dan Ym (nilai yang tertinggi (puncak) dari gambar yang dihasilkan).

Nilai diukur untuk masing-masing Vout1, Vout2, Vout3, dan Vout4 Nilai beda fase dari tegangan-tegangan yang diukur bisa didapat dengan rumus

D. HASIL PENGUJIAN Pengukuran Hfe Transistor Fcs 9013 = 211 kali 1. Pengujian Tegangan DC dan Bentuk Gelombang Osilator Geser Fase a. Pengujian Tegangan DC Osilator Geser Fase Pengujian Vcc V1 V2 VC VE b. Pengujian Gelombang Osilator Geser Fase Pengujian V Out 1 V Out 2 V Out 3 V Out 4 c. Gambar Gelombang Nilai 320 mVpp 50,4 mVpp 31,20 mVpp 36,00 mVpp Nilai (Volt) 5,68 4,81 0,811 2,63 0,181

2. Pengujian Lissajous Osilator Geser Fase No. 1. Gambar dan Perbandingan Nilai (Volt)

372 Hz 1 banding 1

2.

124 Hz

1 banding 3 3.

251 Hz

2 banding 3 4.

281 Hz

3 banding 4 Frekuensi osilator yang dibuat 374,8 Hz

3. Pengujian Beda Fase Osilator Geser Fase a. Gambar V Out1 - VOut1

Yo = 0 Ym = 2,2

b. Gambar V Out1 - Vout2

Yo = 1,00 Ym = 1,48 c. Gambar V Out1 Vout3

Yo = 1,00 Ym = 1,48

E. ANALISA HASIL PENGUJIAN 1. Pengujian Tegangan DC dan Bentuk Gelombang Osilator Geser Fase a. Pengujian Tegangan DC Osilator Geser Fase Tujuan dari pengujian ini adalah untuk mengukur tegangan-tegangan di beberapa titik pada rangkaian untuk mengetahui status/keadaan rangkaian elektronik. Tegangan yang diukur meliputi tegangan V1 yaitu tegangan R1, tegangan V2 yaitu tegangan R2, tegangan Vc yaitu tegangan kaki Collector transistor dengan ground, dan VE, yaitu tegangan antara kaki emitor dengan ground. Untuk Vcc didapatkan nilai 5,68 Volt. Untuk V1, V2, VC dan VE dapat dicari dengan pendekatan persamaan seperti di bawah ini : Besar Tegangan V1

Dari hasil persamaan di atas terdapat selisih sebesar 0,098 Volt dengan hasil yang didapat dari hasil pengukuran. Hal ini diperkirakan disebabkan karena adanya ketidaktepatan resistor sebesar toleransi 5% dan tidak stabilnya tegangan input. Besar Tegangan V2

Selisih antara V2 yang didapat secara teori dengan V2 yang didapat saat melakukan pengukuran relatif kecil yaitu hanya sekitar 0,067 V. Apabila tegangan V1 dan V2 yang terukur dengan multimeter dijumlahkan maka hasil pengjumalah kedua tegangan tersebut mendekati dengan tegangan Vcc yang terukur sebesar 5,68 Volt.

Karena nilai Vb tidak lain adalah nilai tegangan V2, dan nilai hasil pengukuran VB dan VE masing-masing 0,878 V dan 0,181 V, maka dapat diketahui keadaan transistor yaitu: Besar Tegangan VBE

V Nilai VBE ini hampir mendekati nilai VBE pada umumnya yang berada di sekitar nilai 0,7 Volt. Untuk menghitung nilai tegangan , terlebih dahulu praktikan menghitung nilai arus dengan persamaan :

A Nilai IE mendekati nilai IC karena IE = IB + IC dan nilai IB sangat kecil sehingga IE ~ IC, kemudian ( ) 2,962 V Besar Tegangan VCE

Terlihat dari hasil pengukuran dan hasil perhitungan hanya terdapat sedikit selisihnya. Oleh karena itu, hasil pengukuran bisa dikatakan sudah valid. b. Pengujian Gelombang Osilator Geser Fase Data hasil pengukuran nilai Vpp output terlihat nilai V Output 1 > V Output 2 > V Output 4 > V Output 3. Menurut teori seharusnya, V Output 1 > V Output 2 > V Output 3 > V Output 4. Hal ini disebabkan oleh nilai kapasitor yang dipasang paralel dan pengujian di percabangan Antar kapasitor. Selain nilai penurunan tegangan Vpp, adanya kapasitor ini mempengaruhi nilai beda fase yang grafiknya terlihat di osiloskop digital.

c. Gambar Fase Pada Pengujian gambar gelombang output osilator, gambar yang dihasilkan menampilkan pergeseran fase secara konstan. Untuk pengujian dengan input hanya Vout1, tampak bahwa gelombang dimulai dari puncak gelombang pada fase positif. Kemudian pada pengujian Vout1 dengan Vout2, tampak bahwa gelombang Vout1 dimulai dari puncak, sedangkan gelombang Vout2 dimulai dari titik nol, sehingga dapat diketahui gelombang

Vout2 mendahului 900 terhadap gelombang Vout1. Selanjutnya, pada pengujian Vout1 dengan Vout3 tampak bahwa Vout1 dimulai dari puncak gelombang fase positif, sedangkan Vout3 dimulai dari puncak gelombang fase positif. Saat gelombang Vout1 berada pada puncak gelombang suatu fase, gelombang Vout3 juga berada pada puncak gelombang di fase yang berlainan. Dari hal ini, dapat dikatakan bahwa terdapat beda fase sebesar 180 antara gelombang Vout1 dengan Vout3. Yang terakhir, untuk pengujian gelombang Vout1 dengan Vout4, gelombang Vout1 dimulai dari puncak gelombang menuju fase negatif, sedangkan Vout4 dimulai dari titik nol menuju fase positif. Dari informasi tersebut dapat diketahui bahwa gelombang Vout4 mendahului 270 terhadap gelombang Vout1. Dari percobaan yang telah dilakukan, terlihat bahwa Vpp gelombang keluaran semakin mengecil yang diakibatkan karena rangkaian RC yang terpasang.

2. Pengujian Lissajous Geser Fase Dari hasil pengujian kali ini akan dapat diketahui frekuensi osilator. Frekuensi osilator tersebut dapat diperoleh dari rata-rata frekuensi osilator dari hasil keempat pengujian No. 1. 372 Hz 1 banding 1 2. Frekuensi yang dibangkitkan AFG=frekuensi osilator Sehingga frekuensi osilator adalah 372 Hz Gambar dan Perbandingan Hasil Pengukuran Frekuensi yang dibangkitkan AFG (teori)

124 Hz 1 banding 3

Frekuensi AFG = (1/3) x 372 = 124 Hz

3.

251 Hz

Frekuensi AFG = (2/3) x 372 = 248 Hz

2 banding 3 4.

281 Hz

Frekuensi AFG = (3/4) x 372 = 279 Hz

3 banding 4

Ketidakakurantan hasil pengukuran ini mungkin disebabkan oleh rangkaian kami yang sangat rentang terhadap gerakan sehingga saat terjadi pergeseran kabel probe AFG ke rangkaian, nilainya juga berubah

3. Pengujian Beda Fase Osilator Geser Fase Bila kita hubungkan salah satu Vout ke channel 2 osiloskop (dengan Vout 1pada channel 1 osiloskop dan kedua kabel ground pada V DC -) lalu kita ubah mode osiloskop menjadi both channel/ dual dan X-Y, muncul pola bentukan elips. Elips yang kedua akan berubah bentuk dan sudut posisinya terhadap elips yang pertama. Bentuk dan sudut tertentu akan muncul untuk pergeran fase tertentu. Dari gambar yang muncul pada tampilan osiloskop, dapat diukur Yo (nilai pada sumbu y dimana gambar yang dihasilkan memotong sumbu y) dan Ym (nilai yang tertinggi (puncak) dari gambar yang dihasilkan). Yo (V) Ym (V) Geser fase

Vout1 Vout1 Vout1 Vout2 Vout1 Vout3 Terdapat kesalahan

0 1,00 1,00 pengukuran pada

2,2 1,48 1,48 pengujian ke-3,

0 60,81 60,81 mungkin dikarenakan

kekurantelitian praktikan dalam mengukur Yo dan Ym nya. Bentuk yang dan sudut yang diharapkan seharusnya kurang lebih seperti berikut ini : Vout1 Vout1 Vout1 Vout2 Vout1 Vout3

()

60

180

F. KESIMPULAN 1. Osilator merupakan salah satu bentuk rangkaian penguat umpan balik. 2. Osilator dapat digunakan sebagai referensi saat menentukan frekuensi suatu gelombang. 3. Jenis penguat yang digunakan pada osilator geser fase untuk praktikum ini adalah jenis penguat common emitor dengan bypass capasitor.

4. Fase dan amplitudo gelombang yang dihasilkan oleh masing-masing terminal output berbeda satu sama lain. Perbedaan fase gelombang antara dua terminal yang berdekatan adalah 60. 5. Untuk mengetahui frekuensi suatu gelombang tertentu, dapat menggunakan Lissajous, yaitu dengan mencari pola-pola tertentu yang menggambarkan perbandingan frekuensi antara dua gelombang tersebut. 6. Untuk mengetahui beda fase dua gelombang, dapat diketahui dengan cara melihat pola yang dihasilkan oleh kedua gelombang tersebut saat dilihat pada osiloskop. 7. Beda fase dapat dicari dengan mengukur Yo dan Ym pada pengujian beda fase osilator geser fase. 8. Beda fase dapat dicari dengan

G. LAMPIRAN a. b. Jawaban Pertanyaan 1. Faktor apa saja yang mempengaruhi frekuensi pada osilator yang Anda uji?

Jawab : Frekuensi pada osilator dipengaruhi oleh besarnya kapasitansi (C) dari kapasitor dan besar resistensi (R) dari resistor. Hal ini diperoleh dari persamaan sebagai berikut Diana R adalah resistensi resistor dan C adalah kapasitansi kapasitor. 2. Sebutkan beberapa osilator yang Anda ketahui! Jawab : a. Osilator Balikan (feedback oscillator) 1) Osilator geser fase 2) Osilator jembatan wijen 3) Osilator hartley 4) Osilator colpits 5) Osilator clapp 6) Osilator Armstrong 7) Osilaotr Crystal b. Osilator relaksasi 1) Flip-flop 3. Sebutkan komponen elektronis yang dapat menimbulkan frekuensi sesuai dengan speknya! Komponen elektronis yang dapat menimbulkan frekuensi sesuai dengan speknya adalah resistor, induktor dan kapasitor 4. Rancanglah osilator dengan frekuensi 1500 Hz.. Asumsikan osilator yang digunakan adalah harmonik dengan tipe phase shift. Misalnya nilai kapasitor yang akan digunakan adalah 50 nF, maka diperlukan sirkuit feedback dengan resistor sebesar:

Gambar rangkaian: